Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de réaliser une voie continue à partir des LRS (longues barres soudées) électriquement. Le procédé est simple de mise en oeuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié. Il permet une remise en service provisoire ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution, ceci étant particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation. Le procédé consiste à fabriquer de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, coulé entre des abouts de rails distants de 25 millimètres et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
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Thermite welding is the final stage in the production of continuous long electrically welded bars. The process is easy to implement and requires little more than a qualified workforce. It allows for the temporary restoration of the service, which only slows down the traffic for a little while after its execution; which is an advantage when welding repair bars. The method consists in producing molten steel, formed by the chemical reaction between aluminum and iron oxide grains, cast between portions of rail set 25 millimeters apart and tight side molds made of refractory material. Once solidified, the ingot consolidates the two ends of the rails and unites them.
Auteur(s)
-
Raymond DEROCHE : Ingénieur des mines de Nancy - Ex chef de produit rail à Sacilor-Unimetal
INTRODUCTION
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de faire une voie continue à partir des LRS, longues barres soudées électriquement.
Le procédé est simple de mise en œuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié.
Il permet une remise en service provisoire de la voie, ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution ; cela est particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation.
Le procédé consiste à couler de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, entre des abouts de rails distants de 25 mm et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
Cette soudure, pratique et souple, est d'une bonne qualité quoique encore sensiblement inférieure à celle de la soudure électrique, et nécessite un minimum de surveillance en voie.
Sa facilité de mise en œuvre lui a valu un succès mondial depuis des décennies.
Il convient de préciser qu'avec le développement de la soudure électrique et son application aux barres longues, le champ d'application de la soudure aluminothermique se développe sur les voies utilisant des rails courts (25 m comme aux États-Unis, Canada, Chine, Australie), en général des voies minières nécessitant également de plus nombreux coupons de rails de réparation pour éliminer des défauts non tolérables.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
rails de chemins de fer creuset moule surchauffe abouts basalte
KEYWORDS
railways rail | crucible | mould | overheating | ends | basalt
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Conception et fabrication de la charge
En anglais
3. Bilan thermique
Soit la réaction :
L'énergie libre de cette réaction à la température T est :
avec ΔG0 en calories et T en kelvins.
La figure 1 présente le diagramme de Richardson pour différentes réactions.
La température maximale usuelle de la réaction aluminothermique étant de 2 300 oC soit 2 573 K :
En pratique, on retient ΔG0 = – 16 000 J/g Al.
Un poids de fer coulé optimal doit être défini : si le lingot est trop petit, il refroidit trop vite et entraîne des défauts du type fissures à chaud ; l'expérience montre que le poids optimal de fer à couler est 5,8 fois le poids de l'intercalaire.
pour un rail de 66 kg/m, soit 66 g/mm, l'intercalaire de 25 mm pèse 1 650 g. Le poids de fer à couler est donc de :
Le rapport stœchiométrique aluminium/fer = 54/(3 × 55,8) = 0,32. En pratique, on utilise un ratio de 0,30. La quantité d'aluminium à utiliser sera donc :
Donc la charge va contenir 2 871 × 16 000 = 46 MJ, soit 4 fois plus qu'une soudure électrique !
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Bilan thermique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BENARD (J.) - Oxydation des métaux. - Tome 1 (1962).
-
(2) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical reaction engineering. - Illinois Institute of Technology, Dpt. of Chemical Engineering (1965).
-
(3) - STEFANESCU (D.M.) - Behaviour of insoluble particles at the solid/liquid interface. - Metal Handbook, 9th Edition, vol. 15.
-
(4) - POPPMEIER (W.) - Contribution to the problem of columnar crystallisation during solidification of steel. - Kapfenberg works (1966-1967).
-
(5) - HURTUK (D.J.), TSAVARAS (A.A.) - The effect superheat and chemistry on steel solidification structure. - Republic Steel, USA.
-
(6) - CAMPBELL (J.) - Solidification technology in the foundry and casthouse. - Metal Society (1980).
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